METLAn ja VTT:n tutkimus- ja innovaatio-ohjelma Antti Asikainen, Metla Kai Sipilä, VTT Metsäenergiasta uutta liiketoimintaa kestävästi ja kannattavasti 8.-9.10.2013, Vuosiseminaari Joensuun Tiedepuisto 9.10.2013 1
Tausta Taustana VTT-Metla BETA allianssi perustettu v. 2008 Markkina EU:n ja kansalliset 2020 ja 2050 tavoitteet, USA + Kiina Yhteinen ForestEnergy 2020 ohjelma vuosille 2012 2016 Uusi toimintatapa arvoketjuissa perinteisen teknologiakehityksen rinnalle, lisäarvoa yhdistämällä Metla + VTT taidot EU:n biomassan kestävyysvaatimukset korostuvat koko ketjulle, niin liikenteen biopolttoaineissa kuin hakkeesta sähköä ja lämpöä Miten ForestEnergy2020 voisi palvella paremmin yrityksiä niin kotimaan kuin ulkomaiden operaatioissa, pkt sektori? ForestEnergy2020 yhteistyö Suomessa SHOK ja INKA, EU Horizon 9.10.2013 2
Esimerkkejä TEM:n Energia- ja ilmastostrategiasta 2013 Pidetään kiinni metsähakkeen käytön 25 TWh:n tavoitteesta sähkön ja lämmön tuotannossa vuonna 2020. 25 TWh/a Edistetään metsäpohjaisen biomassan käyttöä kivihiilen korvaamiseksi siten, että kivihiilen voimalaitoskäyttö pääosin syrjäytyy vuoteen 2025 mennessä. 7 TWh/a? Tavoitellaan maakaasun käytön korvaamista noin 10 prosentilla kotimaisesta puusta valmistetulla synteettisellä maakaasulla vuoteen 2025 mennessä. 2 TWh/a Edistetään toisen sukupolven biopolttoaineiden tuotantoteknologioiden demonstrointia ja kaupallisen tuotannon käynnistymistä. Jos 5 % 4 TWh/a 9.10.2013 3
Ohjelman tavoite Ohjelman tavoitteena on avata nykyteknologialla ja uusilla teknologiainnovaatioilla toteutuspolkuja Suomen ja EU:n uusiutuvan energian tuotantotavoitteisiin: Metsäenergia on tärkein Suomen ja EU:n uusiutuvan energian lähde Luomme uutta teknologiaa ja liiketoimintamahdollisuuksia nopeasti kasvaville metsäenergiamarkkinoille Tuotamme syvällistä tietämystä biopohjaiseen kestävään kehitykseen Kehitämme innovatiivisia tuotantokonsepteja ja tuotteita, joissa yhdistyvät puubiomassan energia- ja materiaalikäyttö, tukien siten siirtymistä kohti biotaloutta 4
Ohjelman 30-30-30-30 tavoite Ohjelma tähtää uuden teknologian, liiketoiminnan ja palvelukonseptien kehittämisellä 30 % alhaisempaan energiabiomassan tuotantokustannukseen 30 % pienempiin fossiilisen polttoaineen panoksiin metsäenergian hankintaketjussa 30 % korkeampaan arvonlisäykseen metsähakepohjaiselle energiaportfoliolle sekä 30 TWh nykyistä suurempaan metsähakkeen energiakäyttöön Suomessa (kokonaiskäyttö 45 TWh vuonna 2020) ja 300 TWh nykyistä korkeampaan metsähakkeen energiakäyttöön EU:ssa (kokonaiskäyttö 400 TWh vuonna 2020) 5
Ohjelman työpaketit 1. Biomassan tuotannon ja käytön kestävyys (Professori Hannu Ilvesniemi, Metla ja erikoistutkija Sampo Soimakallio, VTT) Päätavoite on parantaa tietämystä biomassan tuotannon, käsittelyn ja jalostuksen ympäristövaikutuksista sekä taloudellisista ja sosiaalisista vaikutuksista, jotta biomassan tuotannon kestävyyttä voidaan arvioida objektiivisesti. Analyysit perustuvat Metlan vankkaan kokemukseen biomassan kestävästä tuotannosta sekä VTT:n asiantuntemukseen biomassan jalostusteknologioista, käyttöketjuista ja järjestelmätason analyyseistä. 6
Kantojen nosto kiihdytti puuston kasvua (Karlsson & Tamminen 2013, Metla) 7
2. Puubiomassan intensiivituotanto (Erikoistutkija Jyrki Hytönen, Metla ja erikoistutkija Jyrki Raitila, VTT) Tavoitteena on kehittää uusia menetelmiä energiapuun tuottamiseksi ja korjaamiseksi tiheissä metsiköissä ja varta vasten perustetuissa energiapuumetsissä. Tutkimusteemoja: Kehittää ja demonstroida kustannustehokkaita menetelmiä energiapuumetsien perustamiseen sekä tutkia niiden biomassatuotantoa Tutkia tiheiden hieskoivumetsiköiden sekä energipuuviljelmien puubiomassan intensiivituotannon taloutta Tutkia ja parantaa energiapuun laatua, korjuuteknologiaa ja biomassan hankintaa tiheästä, nuoresta lehtimetsästä 8
9
3. Biomassavarat ja biomassan saatavuus (Tutkija Perttu Anttila, Metla ja erikoistutkija Martti Flyktman, VTT) Kaikkien biomassan tarjonnasta riippuvaisten investointipäätöksien tai poliittisten tavoitteiden tulisi perustua luotettavaan arvioon käytettävissä olevista biomassavaroista. Tutkimusaiheen tavoitteena on: Tukea metsä- ja energiateollisuutta sekä poliittisia päätöksentekijöitä biomassavarojen arvioinneilla Tuottaa tarjontapotentiaaliaineistoja integroituja biomassapotentiaalilaskentoja sekä toimitusketjuanalyysejä varten Integroida loppukäyttäjärakenne sekä polttoaineen kysynnän kehitys saatavuuslaskelmiin 10
Hakkuutähteen käytön tase 2009 2001-2012 2007 11
4. Metsäbiomassan älykkäät toimitusketjut (Erikoistutkija Jyrki Raitila, VTT ja tutkija Juha Laitila, Metla) Tässä työpaketissa kehitetään kustannustehokkaita tapoja parantaa sekä hakkeen laatua että puubiomassan hankintaketjujen tehokkuutta metsästä loppukäyttäjälle. Päätavoitteet ovat: Lisätä koneiden suorituskykyä ja tuottavuutta kehittämällä ja testaamalla uutta automatiikkaa ja koneiden palautejärjestelmiä huomioiden koko energiapuun hankintaketju Puun kosteuden tarkka mittaus ja ennustaminen Kehittää parempia ja tehokkaampia puupolttoaineen varastointi- ja käsittelymenetelmiä erityisesti terminaaleissa Edistää kone- ja kuljettajaresurssien tehokasta ja monimuotoista käyttöä myös energiasektorin ulkopuolella 12
13
5. Innovatiivinen lämmön, sähkön ja jäähdytyksen tuotanto (Teknologiapäällikkö Jouni Hämäläinen, johtava tutkija Pasi Vainikka ja erikoistutkija Janne Kärki, VTT) Lyhyen aikavälin päätavoitteita on luoda innovatiivisia ratkaisuja kasvattamaan metsäbiomassojen osuutta nykyisissä monipolttoainevoimalaitoksissa sekä kehittää uusia teknologioita parantamaan CHP-tuotannon käyttötaloutta. Tutkimustehtävät: Kehittää olemassa olevien voimalaitosten tekniikkaa sellaiseksi, että ne voivat käyttää metsäbiomassaa seospolttoaineena kivihiilen kanssa ja suurempina osuuksina turpeen kanssa Kaupallistaa kehittyneeseen monipolttoainekäyttöön tarkoitettu älykäs kattila konsepti, ja varmistaa näin metsäbiomassan polttoainekäytön 20% lisäys nykyisissä voimalaitoksissa: polton lisäaineet, polttoaineen laadun parantaminen pellettejä käyttämällä, on-line-työkaluja käytön monitorointiin parantamaan kattilan suorituskykyä, tietoteknisen osaamisen sekä kattila- ja voimalaitostekniikkaratkaisujen integroiminen/yhdistäminen. 14
Roadmaptyö biopolttoaineiden käytön laajentamisesta energiainfrastruktuurissa, jossa aurinko- ja tuulienergian osuus kasvaa ajoittaisen tuotannon vaikutus biomassaa käyttävään CHP-tuotantoon CHP-tuotannon käyttöasteen parantaminen integroimalla jäähdytys CHP-tuotantoon yhdistämällä bio-öljy tai torrefioidun biomassan tuotanto nykyisissä laitoksissa Varmistaa pientalojen energian saanti uudessa markkinatilanteessa älykkäitä pienen kokoluokan CHPC-ratkaisuja omakotitaloihin ja pieniin yhteisöihin luomalla lämmitykseen ja jäähdytykseen pienverkostoja, jotka hyödyntävät biomassaa + aurinkosähköä ja lämmitysratkaisuja + lämpöpumppuja Kehittää ison mittakaavan biomassa-chpc-konsepti kaupunkialueille maksimoimaan kotimaisten biopolttoaineiden käyttöä EU yhteistyö; Renewable Heating and Cooling Technology Platform 15
6. Liikenteen biopolttoaineet, energiajalosteet ja biojalostamot (Erikoistutkija Tuula Mäkinen ja kehityspäällikkö Esa Kurkela, VTT sekä professori Hannu Ilvesniemi, Metla) Raaka-aineena metsäteollisuuden eri sivuvirrat ja jätteet Uudet jalostusteknologiat liikenteen drop-in biopolttoaineiden valmistukseen, kiinteät, kaasumaiset ja nestemäiset jalosteet ja niiden käyttö, teknologiakehitys, prosessi-integrointi, uudet arvoketjut Tuki teollisuuden demonstraatiolaitoksille 16
7. Kansalliset ja EU:n vähähiiliset bioenergiaskenaariot ja toteutuspolut 2020/2050 (Erikoistutkija Tiina Koljonen, VTT sekä tutkija Maarit Kallio ja professori Jussi Uusivuori, Metla) Tarkastelemme 2020 2030-2050 aikavälin skenaarioita puubiomassan tarjonnalle ja kysynnälle energia- ja materiaalikäytössä sekä kansallisella että maailmanlaajuisella tasolla. Päätehtävät ovat: kehittää ja soveltaa teknologiarikkaita integroituja arviointimalleja bioenergia-alalle luoda skenaarioita käyttäjärakenteen kehityksestä mukaan lukien biomassan uudet käyttötavat arvioida energiabiomassan käytön kasvuun tähtäävien vaihtoehtoisten toimenpiteiden tehokkuutta tarkastella lisääntyneen bioenergian käytön markkinavaikutuksia 17
18
Ohjelmaorganisaatio Johtoryhmä: Antti Asikainen, Leena Paavilainen, Kai Sipilä, Satu Helynen, Kati Koponen Viestintäryhmä: Eija Alakangas, Niina Holviala, Timo Muhonen, Merja Lindroos, Kati Koponen Ohjausryhmä; koti- ja ulkomaiset edustajat Korkean tason vaikuttajaryhmä 19
Hankkeet ja talous Hankesalkku 28.02.2013 n. 70 tutkimushanketta n. 150 tutkijaa Kokonaisvolyymi nyt (rahoituspäätökset) > 33 M Tavoitevolyymi (2012-2016) n. 50 M 20
We keep EU s promises 9.10.2013 21
UEF: Yhteistyö kotimaassa Polttoaineen varastointi ja laadunhallinta Health and safety LUT: Biomassan hankinnan logistiikka, simulointi Metsäteho: Teknologiakehitys ja -testaus EFI: Metsäenergiavarat EU:ssa, kestävyysvaikutukset FIBIC ja CLEEN SHOK -bioenergiaohjelma 22
KV -yhteistyö European Energy Research Alliance, Bioenergy Kokonaiskoordinaatio (VTT) Metsäpolttoaineet (Metla) IEA Bioenergy FP7 INFRES (käynnissä) S2BIOM (neuvottelussa) FORBIOPROD (valmistelussa) ForestEnergy COST action (2009-2013) 23
10/9/2013 24